Day 4 - 네트워크 장비·프로토콜·이중화: 계층으로 꿰는 인프라

OSI 계층별 네트워크 장비 — 능력은 계층이 결정한다

핵심 비교는 허브 vs 스위치다. 허브는 받은 프레임을 모든 포트로 뿌려(대역폭 공유·충돌 발생) 비효율적이고, 스위치는 MAC 주소 테이블을 학습해 목적지 포트로만 보낸다(충돌 없음·전용 대역폭). "스위치는 MAC을 보고 라우터는 IP를 본다"가 핵심 한 줄이다.

핵심 구분: 충돌 도메인 vs 브로드캐스트 도메인. 스위치는 포트마다 충돌 도메인을 나누지만 브로드캐스트는 모든 포트로 전달한다(브로드캐스트 도메인은 하나). 라우터가 비로소 브로드캐스트 도메인을 나눈다. 그래서 "브로드캐스트 범위를 줄이려면 라우터(또는 VLAN)"가 답이다.

1990년대 초 LAN은 허브가 표준이었지만, 호스트가 늘수록 충돌이 폭증해 성능이 급락했다. 스위치(MAC 학습)가 등장하며 각 포트가 전용 대역폭을 갖게 되어 충돌 문제가 사라졌다. 오늘날 "허브"는 사실상 사라졌고 모든 LAN 스위칭이 스위치 기반이다 — 시험에서는 이 둘의 차이를 개념적으로 묻는다.

ARP — IP를 MAC으로 바꾸는 다리 (2~3계층 경계)

• 같은 네트워크에서 통신하려면 상대의 IP뿐 아니라 MAC 주소를 알아야 한다 — 실제 프레임 전달은 2계층 MAC으로 하기 때문이다.
• ARP가 "이 IP를 가진 호스트의 MAC이 뭐냐"를 브로드캐스트로 물어 알아낸다.

# ARP 동작: "192.168.1.1의 MAC을 아는 사람?" (브로드캐스트)
#          → 해당 호스트가 "내 MAC은 aa:bb:..." (유니캐스트 응답)
 
arp -n              # ARP 캐시(IP↔MAC) 확인
ip neigh show       # 현대식

⚠️ 함정: ARP는 같은 로컬 네트워크(L2) 안에서만 직접 동작한다. 다른 네트워크의 호스트와 통신할 때는 상대 IP의 MAC이 아니라 게이트웨이의 MAC을 알아낸다. "다른 서브넷 호스트의 MAC이 ARP 테이블에 없다"는 정상이며, 그 트래픽은 게이트웨이를 거쳐 라우팅된다.

ICMP — 제어·오류 메시지 (3계층)

• ICMP는 데이터를 나르지 않고 네트워크 상태·오류를 알리는 3계층 프로토콜이다.
• ping과 traceroute가 모두 이 프로토콜 위에서 동작한다.

traceroute가 경로를 그릴 수 있는 건 ICMP Time Exceeded 덕분이다. TTL을 1부터 늘리면 각 라우터가 TTL=0이 될 때 "시간 초과" 메시지를 보내고, 그 출처가 곧 해당 홉의 주소다. ICMP는 도달성·경로 진단의 기반 프로토콜이다.

DNS — 이름을 주소로 (7계층, 포트 53)

• DNS는 사람이 읽는 도메인(google.com)을 IP로 변환하는 분산 시스템이다.
• 7계층 응용 프로토콜이며 보통 UDP 53번 포트를 쓴다(큰 응답은 TCP).

# 질의 흐름: 로컬 캐시 → /etc/hosts → resolv.conf의 네임서버 → 루트→TLD→권한 서버
dig google.com +short
host google.com

핵심 구분: DNS는 기본 UDP 53을 쓰지만, 응답이 크거나(512바이트 초과) 영역 전송(zone transfer)일 때는 TCP 53을 쓴다. "DNS는 UDP만 쓴다"는 보기는 오답이다. 포트 번호는 53이고 UDP와 TCP를 둘 다 쓴다.

DHCP — 주소 자동 분배 (7계층, 포트 67/68)

• DHCP는 호스트에게 IP·서브넷마스크·게이트웨이·DNS를 자동으로 할당하는 프로토콜이다.
• 포트는 서버가 UDP 67, 클라이언트가 UDP 68.

# DHCP 4단계 (DORA)
# Discover  → 클라이언트: "DHCP 서버 있나요?" (브로드캐스트)
# Offer     → 서버: "이 IP 줄게요"
# Request   → 클라이언트: "그 IP 쓸게요"
# Acknowledge → 서버: "확정"
 
# 리눅스에서 DHCP로 주소 갱신
dhclient eth0          # 주소 요청
dhclient -r eth0       # 주소 반납(release)

DHCP 4단계는 DORA(Discover-Offer-Request-Acknowledge)로 외운다. 이 과정이 실패하면 호스트는 169.254.x.x(APIPA) 주소를 스스로 부여한다(Day 1 참고). "IP가 169.254로 시작" = DHCP의 DORA가 실패했다는 신호다.

DHCP 이전에는 관리자가 모든 호스트에 IP를 손으로 적었다(정적 할당). 노트북·휴대폰처럼 이동하는 기기가 늘면서 자동 할당이 필수가 되었다. DHCP는 RARP·BOOTP를 발전시킨 것으로, 오늘날 거의 모든 LAN/Wi-Fi가 DHCP로 주소를 나눠준다.

주요 프로토콜·포트 한눈에

⚠️ 함정: SSH(22)와 Telnet(23) 모두 원격 접속이지만 Telnet은 평문, SSH는 암호화다. 보안상 Telnet은 쓰지 않는다. DNS만 UDP 기본, 나머지 위 목록은 대부분 TCP다. 포트 번호와 TCP/UDP 짝을 함께 외워야 한다.

본딩(Bonding)·티밍(Teaming) — 인터페이스를 묶어 가용성·대역폭 확보

• 여러 물리 NIC을 하나의 논리 인터페이스로 묶어 장애 대비(이중화)나 대역폭 증가를 얻는 기술이다.
• Red Hat 계열의 전통적 방식은 본딩, 최신 방식은 티밍.

# 본딩 인터페이스 확인
cat /proc/net/bonding/bond0
 
# nmcli로 본딩 생성
nmcli con add type bond con-name bond0 ifname bond0 mode active-backup
nmcli con add type bond-slave ifname eth0 master bond0
nmcli con add type bond-slave ifname eth1 master bond0

가장 자주 쓰는 모드는 active-backup(mode 1) — 한 NIC만 쓰다가 죽으면 다른 NIC으로 자동 전환하는 이중화다. 대역폭을 늘리려면 balance-rr(0)나 802.3ad(4, LACP)를 쓴다. "이중화=active-backup, 대역폭 집계=LACP"로 구분한다.

핵심 구분: 본딩은 커널 모듈, 티밍은 사용자 공간 데몬(teamd)으로 구현된다. 기능은 유사하나 티밍이 더 유연하고 확장적이다. 시험에서 "둘의 차이"를 물으면 구현 위치(커널 vs 유저스페이스)와 등장 시기(전통 vs RHEL7 이후)가 답이다.

직접 쳐보기 — 계층별 장비·프로토콜 확인

# 2계층: MAC 주소와 ARP 테이블
ip link show                  # 인터페이스 MAC 확인
arp -n                        # IP↔MAC 매핑
 
# 3계층: ICMP 도달성과 경로
ping -c 2 8.8.8.8             # ICMP Echo
traceroute -n 8.8.8.8        # ICMP Time Exceeded로 경로
 
# 7계층: DNS·DHCP
dig google.com +short        # DNS 질의(UDP 53)
cat /proc/net/bonding/bond0  # 본딩 상태(있을 때)

• 각 명령이 어느 계층의 장비·프로토콜을 건드리는지 의식하며 실행하면 장비-프로토콜-계층의 삼각 매핑이 손에 익는다.
• 정리하면 하나의 지도가 된다: 1계층(허브·리피터) → 2계층(스위치·브리지·ARP·MAC) → 3계층(라우터·IP·ICMP) → 7계층(DNS·DHCP·HTTP), 그 위에 가용성을 더하는 본딩·티밍.

내일(Day 5)은 이번 주 전체를 종합 복습하고 서브넷 계산을 포함한 문제로 마무리한다.

📖 용어

• 리피터 / 허브 : 약해진 신호를 증폭하는 1계층 장비 / 받은 신호를 모든 포트로 뿌리는 1계층 장비.
• 스위치 : MAC 주소 테이블을 학습해 목적지 포트로만 프레임을 보내는 2계층 장비.
• 충돌 도메인 : 프레임이 서로 부딪힐 수 있는 범위. 스위치가 포트마다 나눠 준다.
• 브로드캐스트 도메인 : 브로드캐스트가 퍼지는 범위. 라우터(또는 VLAN)만 나눌 수 있다.
• L4/L7 스위치 : 포트·애플리케이션 정보까지 보고 트래픽을 나누는 로드 밸런서 역할 장비.
• ARP / RARP : IP로 MAC을 알아내는 프로토콜 / MAC으로 IP를 알아내던 옛 프로토콜(DHCP가 대체).
• ICMP Time Exceeded : TTL이 0이 됐을 때 라우터가 보내는 메시지. traceroute가 경로를 그리는 근거다.
• 영역 전송(zone transfer) : DNS 서버끼리 도메인 정보를 통째로 주고받는 것. 이때는 UDP가 아니라 TCP 53을 쓴다.
• DORA : DHCP의 4단계 — Discover(탐색) → Offer(제안) → Request(요청) → Acknowledge(확정).
• dhclient : 리눅스에서 DHCP 주소를 요청(dhclient eth0)하거나 반납(-r)하는 명령.
• 본딩(bonding) : 여러 NIC을 하나로 묶는 커널 모듈 방식. 모드 번호(0~6)로 동작을 정한다.
• 티밍(teaming) : 같은 목적을 사용자 공간 데몬 teamd로 구현한 최신 방식. runner로 동작을 정한다.
• active-backup(mode 1) : 한 NIC만 쓰다가 죽으면 다른 NIC으로 넘어가는 이중화 모드.
• 802.3ad(LACP, mode 4) : 스위치와 협상해 여러 링크를 하나로 묶어 대역폭을 늘리는 모드.